基于應(yīng)力、形變測(cè)試的井架有限元模型修正及安全性能評(píng)估.pdf

1、鉆機(jī)井架的安全性能評(píng)估多采用試驗(yàn)和模擬計(jì)算比較，相互驗(yàn)證的方法完成。由于實(shí)際井架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，建立有限元模型時(shí)無(wú)法模擬所有細(xì)節(jié)。井架結(jié)構(gòu)由制造和服役造成的缺陷也難以計(jì)入分析模型。井架的有限元分析常基于忽略某些細(xì)節(jié)和缺陷的常規(guī)模型進(jìn)行。常規(guī)模型指忽略井架上的一些附屬結(jié)構(gòu)，桿件連接均視為剛性連接的無(wú)缺陷井架有限元模型。試驗(yàn)表明，由于實(shí)際井架中可能存在的各種缺陷的影響，常規(guī)有限元模型不能真實(shí)描述井架受力特征。因此需要根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)常規(guī)有限

2、元模型進(jìn)行修正，使計(jì)算結(jié)果更接近結(jié)構(gòu)的真實(shí)響應(yīng)。
　　 目前井架的安全性能評(píng)估，主要基于對(duì)井架立柱的應(yīng)力測(cè)試。受到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件和測(cè)試成本的制約，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，測(cè)得的立柱應(yīng)力無(wú)法完整反映結(jié)構(gòu)的受力特征。本文研究采用攝像測(cè)量方法測(cè)試井架承載時(shí)的變形特征，具有非接觸測(cè)量和全局測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。
　　 依據(jù)井架的應(yīng)力、形變測(cè)試結(jié)果，參照井架的實(shí)際構(gòu)造，確定和驗(yàn)證更真實(shí)的井架模型，進(jìn)行有限元分析。使用改進(jìn)的井架有限元模型進(jìn)行數(shù)值仿真

3、，模擬計(jì)算結(jié)果用于井架的安全性能評(píng)估。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容有:
　　 1.利用MATLAB平臺(tái)，編寫(xiě)基于張正友法的攝像機(jī)標(biāo)定程序。提出并實(shí)現(xiàn)基于已知特征點(diǎn)相對(duì)距離的攝像機(jī)標(biāo)定方法。張正友法具有較高的標(biāo)定精度，但是標(biāo)定過(guò)程依賴(lài)平面標(biāo)定板進(jìn)行，對(duì)測(cè)試環(huán)境和測(cè)試條件要求較高，不適合大型結(jié)構(gòu)的工程測(cè)量?；谝阎卣鼽c(diǎn)相對(duì)距離的攝像機(jī)標(biāo)定方法在假定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)已知的基礎(chǔ)上，根據(jù)特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)和它們之間的相對(duì)距離，完成攝像機(jī)

4、標(biāo)定工作。這種方法在工程測(cè)量中具有很大的實(shí)用價(jià)值，但是標(biāo)定精度較低。
　　 2.對(duì)試驗(yàn)室K型模型井架和JJ315/45-K型在役鉆機(jī)井架進(jìn)行應(yīng)力、形變靜載測(cè)試。使用攝像測(cè)量技術(shù)測(cè)試井架承載時(shí)的變形狀況，使用應(yīng)變測(cè)量技術(shù)測(cè)試井架承載時(shí)的應(yīng)力分布。依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析井架受力特征。
　　 3.提出依據(jù)攝像測(cè)量和應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行井架有限元模型修正的方法。井架修正模型的銷(xiāo)接段使用ANSYS中具有“裂縫”屬性的LINK10單元近似模擬

5、。銷(xiāo)接間隙引起的節(jié)點(diǎn)剛度降低通過(guò)適當(dāng)折減銷(xiāo)接段單元的抗壓剛度實(shí)現(xiàn)。施加在修正模型上的載荷需考慮鉤載偏心的影響。使用試驗(yàn)室模型井架和JJ315/45-K型在役井架的應(yīng)力、形變靜載測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)這種方法進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 4.使用修正后的有限元模型，對(duì)試驗(yàn)室模型井架和JJ315/45-K型在役鉆機(jī)井架進(jìn)行安全性能評(píng)估。
　　 5.初步研究井架承載時(shí)應(yīng)力和形變的關(guān)聯(lián)性。得到根據(jù)井架工作載荷和最大水平位移估算井架立柱軸向應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式

6、。
　　 6.基于MATLAB平臺(tái)，開(kāi)發(fā)完成“井架測(cè)量及評(píng)價(jià)系統(tǒng)”。使用此軟件可進(jìn)行攝像測(cè)量數(shù)據(jù)的后處理。圖形化顯示井架承載時(shí)的形變，便于使用者進(jìn)行井架的變形特征分析。根據(jù)本文提出的形變-應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算各立柱的軸向應(yīng)力，分析井架的受力特征。通過(guò)軟件設(shè)置井架有限元模型修正參數(shù)，調(diào)用ANSYS軟件建立修正模型并進(jìn)行數(shù)值仿真。依據(jù)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)井架進(jìn)行安全性能評(píng)估。
　　 經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，使用修正后的井架有限元模型進(jìn)行